煙草物流平庫周轉區的叉車定位和管理技術

作為煙草流通周轉中心的煙草物流園區，尤其是工商共庫，一般存儲量大、流轉量大、占地面積大。除了采用自動化立體倉外，還需要一片面積較大的平庫周轉區作為補充。周轉區域不僅面積大，而且托盤和叉車數量眾多。在如此大的一個區域內，如何有效管理上萬個托盤，做到煙草產品的品牌、型號、數量和位置信息化、數字化和可視化；如何有效管理上百臺叉車，做到叉車高效節能的管理調度、流暢合理的路徑規劃、實時動態的位置顯示和監控，這些都是目前實際運作中面臨的難點和痛點。本文結合長株潭煙草物流園項目，針對以上問題，提出了一套切實可行的方案。

一、項目簡介

長株潭煙草物流園的平庫周轉區域為正方形，在123.4m×144m的區域有4982個托盤位，托盤按來貨批次存放，物料種類以7×8托或9×8托的方式進行大區集中存放，在區域中運行著50輛叉車進行倉庫作業。

二、需求分析

1.通過物聯網RF技術、GIS技術、無線網絡技術，實現平庫叉車作業可視化定位管理，高效、精準管理庫內物料。

2.不改變現有庫區分布及結構，不對地面產生任何破壞性改變，實現方式為在叉車上安裝智能定位系統，實現平庫貨位的管理。

3.通過可視化倉庫圖形化展示界面，操作人員可以實時了解當前叉車運行位置狀況，及庫內物料擺放分布狀況。

4.當叉車到達出入庫引導位置時，系統會自動進行提示。

5.叉車操作員可通過無線網絡，在叉車的手持終端上對出/入庫任務進行查詢，可通過手動或結合智能引導方式進行物料的出/入庫、移庫等操作，并通過無線網絡實時上傳操作結果。

6.可通過系統圖形化展示界面遠程查看庫區叉車作業狀況、統計叉車操作人員作業效率。

三、方案設計

根據需求分析，選用UWB無線定位技術，滿足煙草物流倉庫周轉區對作業叉車的實時精確定位管理需求，實現周轉區全覆蓋的精細定位，實時了解進入周轉區的叉車位置信息，并能采集叉車的實時軌跡數據等功能。

1.系統介紹

UWB-PIN系統采用多種無線寬帶定位技術，在啟用測量寬帶窄脈沖信號的到達時間差來計算終端的位置，能獲取高位置精度；與基于信號強度的RFID、Wi-Fi定位系統不同，即使在復雜工程環境中，用戶仍然能夠可重復地獲取0.3米定位精度；在啟用區域觸發定位時，可以以區域為單位，實現到達區域感應定位標簽；極大地降低標簽的使用功耗，可實現長時間不用充電。

2.系統構架

UWB-PIN系統支持靈活的網絡架構，從而實現不同應用環境下定位功能。一個典型的定位網絡由四部分構成：定位基站(Anchor)、移動終端(Tag)、數據傳輸通道(Data Channel)、定位引擎服務器(Location Engine)。其中，定位基站分布于場景區域的幾何邊緣，并對該區域進行信號覆蓋；移動終端附著在定位對象表面；當終端進入基站的信號覆蓋范圍內，即自動與基站建立聯系；基站依據內置規則完成TDOA數據的獲取，并通過數據傳輸通道發送至定位引擎服務器，進而計算出移動終端的實際位置；定位引擎服務器支持大容量標簽網絡的原始數據獲取、位置解算與坐標輸出。UWB-PIN系統架構原理圖，如圖1。UWB-PIN系統定位示意圖，如圖2。

圖1：UWB-PIN系統架構原理圖

圖2：UWB-PIN系統定位示意圖

3.系統功能

（1）叉車管理

對于定位系統中使用的叉車進行管理，即對配備定位標簽的叉車進行管理，綁定對應的定位標簽及相關信息。

（2）叉車及托盤位展示

在電子地圖上的三維動態顯示，展示叉車及托盤的位置信息。

（3）叉車及物資查找定位

輸入叉車編號，便可快速定位要查找的對象所在地點。

（4）叉車調度

根據WMS/WCS發送過來的操作指令，調度叉車資源，按照規劃路線執行指令操作。

（5）叉車實時監控

電子地圖實時顯示物流/倉儲企業所有叉車的位置信息，監控人員可動態掌握各類前端點位數量和實時分布情況。

（6）路徑規劃

根據當前的任務、巷道中運行的叉車位置和路線的狀況，規劃叉車行進的路線，以避免叉車運行沖突。

（7）未按規定路線報警

指定某個終端在某段時間的行走軌跡，一旦發現該終端偏離指定的行走軌跡達一定的時間，發出報警信息。

（8）叉車滯留報警

當叉車在工作區域內，靜止不動超過設定時間后，系統發出報警信息。

（9）進入禁區報警

限制區域，當未經允許的定位終端進入時將發出報警，在出入某些關口時，可設定好通過條件，當不符合要求的定位終端出入關口時將發出報警信息。

（10）作業區域異常告警

在一定時間段，叉車所在區域獲取不到終端信息達到一定時間，發出報警信息。

（11）活動軌跡回放

系統全天候記錄叉車經過的地點和時間，可對叉車運動路線進行跟蹤回放，掌握其詳細活動路線和時間。

（12）自動叉車點名

可定時自動進行叉車清點，具體呈現叉車數。

（13）出入口限制告警

可以規定叉車進入和離開的出入口控制。如果叉車不符合要求，發出告警。

（14）軟件部分

通過可視化倉庫圖形化展示界面，操作人員可以實時了解當前叉車運行位置狀況及庫內物料擺放分布狀況。

可通過手動或結合智能引導方式進行物料的出/入庫、移庫等操作，并通過無線網絡實時上傳操作結果。

可通過系統圖形化展示界面遠程查看庫區叉車作業狀況、統計叉車操作人員作業效率。

快速實現叉車的錄入業務功能。

叉車進入周轉區后，實時跟蹤，對叉車實時定位監控。

出入口限制功能。

不同叉車出入區域權限控制。

能對叉車軌跡進行設置，這樣對一些重要保密區域能有效保護，有區域告警功能。

支持所有叉車所在區域實時統計。

支持同一地圖所有叉車實時移動軌跡查看。

可以對叉車軌跡查詢回放。

（15）手持終端App功能

當叉車到達出入庫引導位置時，App會自動進行提示。

叉車操作員可通過無線網絡，在叉車的手持終端App上對出/入庫任務進行查詢。

4.系統實施方式

UWB-PIN系統為了實現快速部署，采用有線基站和交換機相結合的方式。基站采用POE網絡供電，基站與交換機采用星型連接方式，充分利用智能化專網原有網絡布線。這種方式極大減少布線，又節省網絡交換機，使整個系統架構大大簡化、降低了施工難度、對原有裝修、裝飾破壞較小。

（1）定位基站的硬件部分

表1：定位基站各項指標和參數

表2：無線定位終端各項指標和參數

表3：平臺軟件各項指標和參數

定位基站便于安裝，采用室內壁掛的安裝方式。

定位基站安裝后，維護人員可以通過指示燈狀態判別定位基站的狀態。

定位基站根據需求可以采用POE供電和單獨電源供電。

（2）終端硬件部分

終端設備安裝方便。

終端具備自動休眠，及運動喚醒功能。

終端運行穩定可靠。

5.基站布置圖（如圖3）

（1）基站壁掛安裝在立柱上，安裝高度約3米（可根據現場環境調整安裝方式和高度）。

（2）根據圖紙暫定配置51個室內基站，定位精度 0.3米以內（根據實際環境可調整基站數量）。

6.產品規格

定位系統主要包括有：

（1）定位基站

支持大容量、高精度TDOA定位。定位基站各項指標和參數，如表1。

（2）定位終端

無線定位終端，各項指標和參數，如表2。

（3）平臺軟件

其中配置工具、監控軟件根據各種應用領域定制。各項指標和參數，如表3。

（4）定位引擎軟件

提供實時定位結果（包括標簽實時X，Y坐標，標簽實時電量，定位時間戳）/提供定位數據推送接口/提供引擎配置接口/提供硬件遠程控制接口（硬件配置、重啟、工作狀態）。

四、結論

結合本項目的實施，提出了一套切實可行的方案，能高效管理煙草物流園平庫周轉區的上萬個托盤，做到煙的品牌、型號、數量和位置等的信息化、數字化和可視化；能高效管理上百臺叉車，做到叉車高效節能的管理調度、流暢合理的路徑規劃、實時動態的位置顯示和監控。